逆流游泳本身就不是一件容易的事,如果再加上身处的液体像玉米糖浆一样黏稠,简直是雪上加霜。然而,这差不多就是哺乳动物精子在争夺卵子时所面临的处境。澳大利亚莫纳什大学的机械工程师礼萨·努斯拉蒂表示:“对于精子来说,这是一场苦征恶战,就像一次非常艰难的马拉松。”但精子不会因逆流而退却,也不会因黏性而逃避。
努斯拉蒂团队发现,必须通过女性生殖道的生理“大回旋”这一点,实际上有助于精子以最佳效率游动,并可能引导它们到达最终的目的地。相关结果发表在《细胞报告-物理科学》杂志上。
女性生殖道是一个非常复杂的环境,当精子向上游游动时,它们会穿过密度和流速各不相同的分泌物。第一个障碍来自子宫颈,由于子宫颈细胞会分泌黏液,子宫颈入口处实际上“波涛汹涌”,这种黏液流动有助于清除有害的致病菌,而这些细菌并不擅长游泳。努斯拉蒂说:“它就像一道屏障和过滤装置,让环境变得有利于受精。”
精子一旦到达输卵管,也就是通常而言受精的地方,它们面临的不仅是更黏稠的液体,还有一条道走到黑的曲折之路。但是,这些变化可能不会阻碍精子的前进,而是充当提示或线索,为最聪明的精子提供助力。努斯拉蒂:“这是否是一种机制,可以使更优质、更聪明的精子调整自己的游泳行为,从而获得相对于生殖道中数百万其他精子细胞的竞争优势?”为了找到答案,努斯拉蒂团队对公牛精子进行了测试。
之所以使用公牛精子,是因为它的形态、形状和行为与人类精子非常相似。为了避免观察大量精子的活动,他们在单细胞水平上研究公牛精子的行为——在改变黏度和流体速度时观察同一个细胞。同时,他们把重点放在鞭毛上,因为鞭毛是推动精子前进的主要结构。他们建造了一个“精子竞技场”,或者用工程师的话说,一个微流体通道。
莫纳什大学机械工程研究员法林·亚兹丹帕拉斯特说:“针对不同的黏度,每个微流体通道有三个不同的入口,因此我们可以将精子暴露于不同的黏度条件下,此外我们还设置了不同的流速来模拟女性生殖道中的液体状况。”